一种剩余电流保护装置及系统的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，特别涉及一种剩余电流保护装置及系统。

背景技术：

在低压电网中安装剩余电流保护装置是防止人身触电、电气火灾及电气设备损坏的一种有效的防护措施。

在现有的剩余电流保护装置中，当被保护电路的剩余电流发生超过预先设置的阈值时，剩余电流保护装置进行跳闸保护。

现有的剩余电流保护装置只有在被保护电路发生超过阈值的故障时才会做出反应，无法对被保护电路进行实时监控。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种剩余电流保护装置及系统，能够对被保护电路进行实时监控。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种剩余电流保护装置，包括：

剩余电流互感器、电流测量模块、电压测量模块、模数转换器、继电器模块、通信模块和控制器；

所述剩余电流互感器与所述模数转换器相连；

所述电流测量模块、所述电压测量模块、所述模数转换器、所述继电器模块和所述通信模块均与所述控制器相连；

所述剩余电流互感器，用于感测被保护电路的剩余电流，并得到与所述剩余电流相关的模拟信号，将与所述剩余电流相关的模拟信号发送给所述模数转换器；

所述模数转换器，用于将与所述剩余电流相关的模拟信号转换为与所述剩余电流相关的数字信号，将与所述剩余电流相关的数字信号发送给所述控制器；

所述电流测量模块，用于测量所述被保护电路的支路电流的电流值，将所述支路电流的电流值发送给所述控制器；

所述电压测量模块，用于测量所述被保护电路的相线电压的电压值，将所述相线电压的电压值发送给所述控制器；

所述控制器，用于根据与所述剩余电流相关的数字信号，确定所述剩余电流的电流值，当所述剩余电流的电流值超出阈值时，触发所述继电器模块对所述被保护电路进行跳闸保护，并将所述剩余电流的电流值、所述支路电流的电流值和所述相线电压的电压值通过所述通信模块发送给外部设备，当接收到所述外部设备发来的漏电风险预警指令时，发出漏电风险预警信号，当接收到所述外部设备发来的调整后阈值时，将所述阈值设置为所述调整后阈值；

其中，所述漏电风险预警指令是所述外部设备根据所述剩余电流的电流值、所述支路电流的电流值和所述相线电压的电压值生成的；

所述调整后阈值是所述外部设备根据所述剩余电流的电流值、所述支路电流的电流值和所述相线电压的电压值生成的。

可选地，

该剩余电流保护装置进一步包括：信号处理器；

所述剩余电流互感器与所述信号处理器相连；

所述信号处理器与所述模数转换器相连；

所述信号处理器，用于对与所述剩余电流相关的模拟信号进行滤波处理，将滤波后的与所述剩余电流相关的模拟信号发送给所述模数转换器。

可选地，

所述通信模块，包括：无线模块、红外通信端口、串口、电力线通信端口中的任意一个或多个。

可选地，

该剩余电流保护装置，进一步包括：电源模块；

所述电源模块与所述控制器相连；

所述电源模块，用于为所述控制器供电。

可选地，

所述信号处理器，包括：一阶低通滤波器和二阶低通滤波器；

所述剩余电流互感器与所述一阶低通滤波器的输入端相连；

所述一阶低通滤波器的输出端与所述二阶低通滤波器的输入端相连；

所述二阶低通滤波器的输出端与所述模数转换器相连。

可选地，

所述剩余电流互感器，包括：二次线圈和磁芯；

所述二次线圈缠绕在所述磁芯上；

所述磁芯套在所述被保护电路上；

所述二次线圈与所述模数转换器相连。

可选地，

该剩余电流保护装置进一步包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述运算放大器的输出端分别与所述二次线圈的第一端、所述第一电阻的第一端、所述模数转换器相连；

所述运算放大器的同相输入端分别与所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端相连；

所述运算放大器的反相输入端分别与所述第三电阻的第一端、所述二次线圈的第二端相连；

所述第二电阻的第二端接地，所述第三电阻的第二端接地。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种剩余电流保护系统，包括：

集中器和至少一个第一方面中任一所述的剩余电流保护装置；

所述集中器与外部设备相连；

每个所述剩余电流保护装置的通信模块与所述集中器相连；

所述集中器，用于将每个所述通信模块发来的所述剩余电流的电流值、所述支路电流的电流值和所述相线电压的电压值发送给所述外部设备。

可选地，

所述集中器通过基于通用分组无线服务技术的网络与所述外部设备相连。

在本实用新型实施例中，针对被保护电路分别设置了剩余电流互感器、电流测量模块、电压测量模块，通过剩余电流互感器感测被保护电路的剩余电流，通过电流测量模块、电压测量模块分别测量被保护电路的支路电流和相线电压，控制器通过通信模块将剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值发送给外部设备，这样，外部设备能够查看到被保护电路的剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值，并能够根据剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值，生成漏电风险预警指令和调整后阈值，控制器在接收到漏电风险预警指令时发出漏电风险预警信号，控制器在接收到调整后阈值时，将阈值设置为调整后阈值，进而实现对被保护电路的实时监控。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的一种剩余电流保护装置的示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的另一种剩余电流保护装置的示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的再一种剩余电流保护装置的示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的一种剩余电流互感器的示意图；

图5是本实用新型一实施例提供的一种剩余电流保护装置的部分电路图；

图6是本实用新型一实施例提供的一种剩余电流保护系统的示意图。

附图标记说明

1剩余电流互感器2电流测量模块3电压测量模块

4模数转换器5继电器模块6通信模块7控制器

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种剩余电流保护装置，包括：

剩余电流互感器1、电流测量模块2、电压测量模块3、模数转换器4、继电器模块5、通信模块6和控制器7；

所述剩余电流互感器1与所述模数转换器4相连；

所述电流测量模块2、所述电压测量模块3、所述模数转换器4、所述继电器模块5和所述通信模块6均与所述控制器7相连；

所述剩余电流互感器1，用于感测被保护电路的剩余电流，并得到与所述剩余电流相关的模拟信号，将与所述剩余电流相关的模拟信号发送给所述模数转换器4；

所述模数转换器4，用于将与所述剩余电流相关的模拟信号转换为与所述剩余电流相关的数字信号，将与所述剩余电流相关的数字信号发送给所述控制器7；

所述电流测量模块2，用于测量所述被保护电路的支路电流的电流值，将所述支路电流的电流值发送给所述控制器7；

所述电压测量模块3，用于测量所述被保护电路的相线电压的电压值，将所述相线电压的电压值发送给所述控制器7；

所述控制器7，用于根据与所述剩余电流相关的数字信号，确定所述剩余电流的电流值，当所述剩余电流的电流值超出阈值时，触发所述继电器模块5对所述被保护电路进行跳闸保护，并将所述剩余电流的电流值、所述支路电流的电流值和所述相线电压的电压值通过所述通信模块6发送给外部设备，当接收到所述外部设备发来的漏电风险预警指令时，发出漏电风险预警信号，当接收到所述外部设备发来的调整后阈值时，将所述阈值设置为所述调整后阈值；

其中，所述漏电风险预警指令是所述外部设备根据所述剩余电流的电流值、所述支路电流的电流值和所述相线电压的电压值生成的；

所述调整后阈值是所述外部设备根据所述剩余电流的电流值、所述支路电流的电流值和所述相线电压的电压值生成的。

在本实用新型实施例中，针对被保护电路分别设置了剩余电流互感器、电流测量模块、电压测量模块，通过剩余电流互感器感测被保护电路的剩余电流，通过电流测量模块、电压测量模块分别测量被保护电路的支路电流和相线电压，控制器通过通信模块将剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值发送给外部设备，这样，外部设备能够查看到被保护电路的剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值，并能够根据剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值，生成漏电风险预警指令和调整后阈值，控制器在接收到漏电风险预警指令时发出漏电风险预警信号，控制器在接收到调整后阈值时，将阈值设置为调整后阈值，进而实现对被保护电路的实时监控。

如图2所示，在本实用新型一实施例中，该剩余电流保护装置进一步包括：信号处理器8；

所述剩余电流互感器1与所述信号处理器8相连；

所述信号处理器8与所述模数转换器4相连；

所述信号处理器8，用于对与所述剩余电流相关的模拟信号进行滤波处理，将滤波后的与所述剩余电流相关的模拟信号发送给所述模数转换器4。

在本实用新型实施例中，剩余电流互感器采集到的模拟信号经过信号处理器滤波后再发送给模数转换器，使得模数转换器得到的数字信号更加准确，控制器确定出的剩余电流的电流值更加准确。

在本实用新型一实施例中，所述信号处理器，包括：一阶低通滤波器和二阶低通滤波器；

所述剩余电流互感器与所述一阶低通滤波器的输入端相连；

所述一阶低通滤波器的输出端与所述二阶低通滤波器的输入端相连；

所述二阶低通滤波器的输出端与所述模数转换器相连。

在本实用新型实施例中，通过一阶低通滤波器和二阶低通滤波器来实现该信号处理器。

具体地，一阶低通滤波器可以包括第一滤波电阻和第一滤波电容，第一滤波电阻的第一端与第一滤波电容的第一端相连。第一滤波电阻的第二端和第一滤波电容的第二端构成一阶低通滤波器的输入端，第一滤波电阻的第一端和第一滤波电容的第二端构成一阶低通滤波器的输出端。

具体地，二阶低通滤波器可以包括第二滤波电阻、第三滤波电阻、第二滤波电容和第三滤波电容，第二滤波电阻的第一端分别与第三滤波电阻的第一端和第二滤波电容的第一端相连，第三滤波电阻的第二端与第三滤波电容的第一端相连，第三滤波电容的第二端与第二滤波电容的第二端相连。第二滤波电阻的第二端和第二滤波电容的第二端构成二阶低通滤波器的输入端，第三滤波电阻的第二端和第三滤波电容的第二端构成二阶低通滤波器的输出端。

在本实用新型一实施例中，所述通信模块，包括：无线模块、红外通信端口、串口、电力线通信端口中的任意一个或多个。

在本实用新型实施例中，通信模块可以是无线模块，通信模块可以通过无线网络与外部设备进行交互。通信模块可以是红外通信端口，通信模块可以通过红外线与外部设备进行交互。通信模块可以是串口，例如rs232等，通信模块可以通过串口传输线与外部设备进行交互。通信模块可以是电力线通信端口，通信模块可以通过电力线与外部设备进行交互。

如图3所示，在本实用新型一实施例中，该剩余电流保护装置进一步包括：电源模块9；

所述电源模块9与所述控制器7相连；

所述电源模块9，用于为所述控制器7供电。

如图4所示，在本实用新型一实施例中，所述剩余电流互感器1，包括：二次线圈101和磁芯102；

所述二次线圈101缠绕在所述磁芯102上；

所述磁芯102套在所述被保护电路上；

所述二次线圈101与所述模数转换器4相连。

在本实用新型实施例中，当被保护电路中存在剩余电流时，通过磁芯和二次线圈能够感应出与剩余电流相关的模拟信号，并将与剩余电流相关的模拟信号通过二次线圈输出给模数转换器。其中，该与剩余电流相关的模拟信号可以是二次线圈两端的电压模拟信号。

如图5所示，在本实用新型一实施例中，该剩余电流保护装置进一步包括：运算放大器a、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；

所述运算放大器a的输出端分别与所述二次线圈101的第一端、所述第一电阻r1的第一端、所述模数转换器4相连；

所述运算放大器a的同相输入端分别与所述第一电阻r1的第二端、所述第二电阻r2的第一端相连；

所述运算放大器a的反相输入端分别与所述第三电阻r3的第一端、所述二次线圈101的第二端相连；

所述第二电阻r2的第二端接地，所述第三电阻r3的第二端接地。

在本实用新型实施例中，在二次线圈与模数转换器之间设置了运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，通过运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻能够对二次线圈输出的与剩余电流相关的模拟信号进行滤波和放大处理，将滤波和放大处理后的与剩余电流相关的模拟信号输出给模数转换器。

如图6所示，本实用新型实施例提供了一种剩余电流保护系统，包括：

集中器11和至少一个本实用新型实施例中任一所述的剩余电流保护装置12；

所述集中器11与外部设备相连；

每个所述剩余电流保护装置12的通信模块6与所述集中器11相连；

所述集中器11，用于将每个所述通信模块发来的所述剩余电流的电流值、所述支路电流的电流值和所述相线电压的电压值发送给所述外部设备。

在本实用新型实施例中，集中器将各个剩余电流保护装置发来的剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值进行汇总，汇总后发送给外部设备。举例来说，每一栋楼设置有一个集中器，每一栋楼中的每户设置有剩余电流保护装置，集中器可以将整栋楼的剩余电流保护装置发来的剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值一起发送给外部设备，方便外部设备进行监控。该外部设备可以是远程控制监测主站。

在本实用新型一实施例中，所述集中器通过基于通用分组无线服务技术的网络与所述外部设备相连。

在本实用新型实施例中，集中器能够通过基于通用分组无线服务技术的网络与外部设备进行远程交互。

另外，在本实用新型实施例中，外部设备可以基于接收到的剩余电流的数字信号、所述支路电流的数字信号和所述相线电压的数字信号，对各个被保护电路进行漏电电流的监测和漏电风险的预警。

本实用新型实施例提供的一种剩余电流保护装置，能够在被保护电路的剩余电流超过阈值时进行跳闸保护，也能够将被保护电路运行期间的剩余电流、支路电路和相线电压采集和记录下来，并通过通信模块发送给外部设备，外部设备能够对被保护电路进行实时监控。

本实用新型各个实施例至少具有如下有益效果：

在本实用新型实施例中，针对被保护电路分别设置了剩余电流互感器、电流测量模块、电压测量模块，通过剩余电流互感器感测被保护电路的剩余电流，通过电流测量模块、电压测量模块分别测量被保护电路的支路电流和相线电压，控制器通过通信模块将剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值发送给外部设备，这样，外部设备能够查看到被保护电路的剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值，并能够根据剩余电流的电流值、支路电流的电流值和相线电压的电压值，生成漏电风险预警指令和调整后阈值，控制器在接收到漏电风险预警指令时发出漏电风险预警信号，控制器在接收到调整后阈值时，将阈值设置为调整后阈值，进而实现对被保护电路的实时监控。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，仅用于说明本实用新型的技术方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。